какой материал взят за основу для создания спонжа для устранения разлива нефти
Создана губка, способная очистить океан от нефти и нефтепродуктов
Нефть и продукты её переработки на сегодняшний день являются основными загрязнителями океанов нашей планеты. Практически все серьёзные случаи загрязнения мирового океана связаны именно с нефтью. Даже если отбросить серьёзные аварии танкеров и нефтяных платформ, следует не забывать, что ежегодно в воды осознанно сбрасывается от 8 до 20 миллионов баррелей нефти просто в результате мытья трюмов морских перевозчиков нефти. И учёные довольно долго ломали себе голову над тем, как можно эффективно и недорого очистить воду от пролитых нефтепродуктов. Что ж, похоже, было найдено довольно неплохое решение.
Маслянистые нефтяные пятна, как правило, либо сжигают, либо пытаются собрать с помощью специальных губок. Так вот, специалисты Аргоннской национальной лаборатории при Министерстве энергетики США разработали совершенно новое поколение губок, которое мало того, что пригодно к многоразовому использованию, так ещё и впитывает нефть и продукты её переработки не только с поверхности воды, но даже под водой. Разработка получила название Oleo Sponge. После того как губка впитала в себя нефть, её отжимают на специальных станках, после чего она вновь становится пригодной для работы.
Идея создания такого материала витала в воздухе давно, но только сейчас учёным удалось воплотить желаемое в действительность. В основе губки лежит обычный пенополиуретан, отлично впитывающий жидкости. Основная проблема заключалась в том, что этот материал не различал между собой обычную воду и маслянистую нефть, впитывая и то и другое. Именно поэтому исследователям пришлось несколько модифицировать пенополиуретан, применив процесс под названием «синтез последовательной инфильтрации». Губка начала отдавать предпочтение именно маслянистым жидкостям, впитывая их, оставляя при этом воду снаружи.
Во время сотен испытаний и тестов Oleo Sponge на ура справилась со всеми поставленными перед ней задачами по очистке водоёмов. При этом новая губка впитывает не только нефть и продукты её переработки, но также дизельное топливо и всевозможные масла, различного происхождения. Учёные могут настроить материал таким образом, что он избирательно начнёт впитывать любые другие жидкости по их желанию, поэтому у новой губки просто широчайшая сфера применения. Думаю, что уже совсем скоро мы увидим применение губки на практике, но пока команда исследователей продолжает совершенствовать своё детище и размышлять о том, как можно коммерциализировать данное изобретение.
Мир технологий
Новости из мира Энергетики, Электроники, GSM, CDMA, 3G, 4G, WiFi, GPS, ГЛОНАСС, Galileo и других новых технологий
Очистка океана от нефти с помощью губки Oleo Sponge
Загрязнение вод Мирового океана нефтепродуктами — актуальная тема не только для экологов, но и для всех жителей планеты. Американские ученые изобрели способ, который сможет минимизировать риски для экосистемы.
Шесть лет назад, когда случился худший разлив нефти при использовании Deepwater Horizon, обнаружилось, что много галлонов нефти были не только на поверхности воды, но и под поверхностью воды формировали шлейф и дрейфовали через океан.
Ученые из Национальной лаборатории Аргонской национальной энергетической системы США (DOE), под руководством Сэта Дарлинга, изобрели новый материал Oleo Sponge, или олио губки.
Этот материал легко впитывает масло из воды, может быть использовано повторно и отличается тем, что может выталкивать диспергированное масло из всей толщины воды, а не только в верхних шарах.
То, что спонжи можно использовать повторно является преимуществом, так как все известные сорбенты на данное время – одноразовые. После использования они сжигаются, вместе с нефтью, которую они собрали. Это не самый экологический способ очистки окружающей среды. Сэт Дарлинг описывает свой материал, как «пена» изготовлена из полиуретана и покрыта олеофильными молекулами, что позволяет хорошо впитывать масло. Эти разработки были протестированы в Ohmsett, Национальном исследовательском испытательном центре по ликвидации разливов нефти и испытании возобновляемой энергии, в массивном открытом резервуаре морской воды в Нью-Джерси. Испытания показали, что Oleo Sponge успешно собирает сырую нефть и дизельное топливо из резервуара.
Но Сэт Дарлинг говорит, что тест в контролируемой среде сильно отличается от теста в открытой океанской воде. Предполагается, что данная разработка будет полезна для собирания не только нефти из океана, а также т в портах, ну и поможет управлять нефтяными разливами.
Выглядит это как маленькие губки, которые впитывают в себя что-то. То есть при демонстрации простой человек не видит для себя ничего нового. Но новизна состоит в том, чем эти губки пропитаны. Материал, которым насыщены губки, впитывает в себя именно нефть, избирательно. Именно этот процесс обработки разработчики назвали «последовательным синтезом инфильтрации».
Важным пунктом при таком способе очистки является и тот факт, что сырье, собранное таким образом можно использовать в дальнейшем..
Элам, Дарлинг и остальная команда продолжают развивать технологию. При этом отмечают, что этот метод можно применить и в других видах очистки, если адаптировать материал, что насыщает губку под другие молекулы вещества, которое нужно абсорбировать.
На данное время команда активно ищет пути коммерциализации, открыта для инвесторов и ждет тех, кто заинтересован этими разработками.
Исследование финансировалось Береговой охраной США и Бюро по безопасности и охране окружающей среды. Команда в разработке материала использовала ресурсы Центра наноматериалов, Учебного Министерства науки США.
Суперабсорбирующий материал как инструмент для ликвидации последствий разлива нефти
Материал, полученный учеными, при сильном увеличении
Аварии нефтяных танкеров — не такое уж и редкое явление. Разлив нефти, которая уходит в море из трещин в стенах резервуаров танкера — катастрофа. Но даже это — детские игры по сравнению с тем, что произошло в Мексиканском заливе несколько лет назад. Экосистема региона до сих пор не оправилась от разлива огромного количества нефти в результате повреждения скважины, пробуренной компанией BP. Разлив нефти ликвидировать очень сложно, и в некоторых случаях сделать это практически невозможно.
Но надежда все же есть. На днях объединенная команда ученых из Университета Дрекселя и Университета Дикина объявила о создании суперабсорбирующего материала, который представляет собой нанолисты нитрида бора. Абсорбент способен впитать нефти и органических растворителей в 33 раза больше свего веса. Это позволяет использовать суперабсорбент в качестве инструмента для ликвидации последствий разлива нефти.
Образно говоря, нитрид бора, скомпонованный должным образом, впитывает нефть, как губка. Возможности материала уже проверены — два года ученые тестировали его в лабораторных условиях. По мнению руководителя команды, профессора Айана Чена (Ian Chen), это наиболее перспективная разработка в сфере очистки нефти за несколько десятилетий.
«Разлив нефти — глобальная проблема, это катастрофа для экосистемы, не говоря уже о денежном выражении ущерба. Все помнят катастрофу в Мексиканском заливе, но катастрофа ведь случилась не только там», — говорит профессор. В частности, эта проблема актуальна и для Австралии, где весьма активно движение водного транспорта, и вода постоянно загрязняется нефтепродуктами.
Исследование финансировалось Австралийским Научно-исследовательском Советом. По мнению Чена, современные средства очистки нефтяных пятен неэффективны и довольно сложные, не говоря уже о стоимости.
Что касается нитрида бора, то Чен компонует нанолисты материала из хлопьев этого вещества, размер каждого — всего лишь несколько нанометров. При этом поверхность материала очень неравномерная, что позволяет говорить об очень большой площади удельной поверхности частиц такого материала. Правда, создать губку из порошка нитрида бора — дело непростое, но и эту проблему ученым удалось преодолеть.
«В 2013 году мы разработали первый этап производства материала, но это был просто порошок. У порошка тоже неплохие абсорбционные характеристики, но просто набросать порошка в нефть нельзя. Нужно ведь собирать нефть, и это можно сделать при помощи губки», — комментирует ситуацию ученый. В конце-концов, ученым удалось создать очень пористый аэрогель из нитрида бора, который идеально подходит для ликвидации разливов нефти. Интересно, что нитрид бора еще и огнеупорный материал, отличный теплоизолятор — так что его можно использовать и для тепло/электроизоляции.
Магнитная губка поможет бороться с разливами нефти
Nandwana et al. / Industrial & Engineering Chemistry Research, 2020
Американские материаловеды превратили обычные полиуретановые губки в материал для сбора нефти с поверхности воды. Благодаря гидрофобному и липофильному покрытию такие губки эффективно впитывают нефть, а добавка магнитных частиц поможет снизить вязкость собранной нефти, чтобы ее регенерировать. Результаты исследования опубликованы в журнале Industrial & Engineering Chemistry Research.
Д ля устранения разливов нефти в водоемах известно четыре подхода: сжигание нефти на поверхности воды, откачивание нефтеводяной эмульсии насосами, использование дисперсантов для разбивания нефтяной пленки на поверхности и последующего поглощения нефтяных капель микроорганизмами и сбор с помощью твердых сорбентов. Последний способ наиболее предпочтителен, как с экологической, так и с экономической точки зрения. Во-первых, нефть удаляется из экосистемы навсегда, а не превращается, например, в углекислый газ или не идет в пищу живым организмам. Во-вторых, часть собранной таким образом нефти можно регенерировать.
Американские материаловеды под руководством Винайяка Дрэвида (Vinayak P. Dravid) из Северо-Западного университета разработали новый сорбент с липофильными, гидрофобными и магнитными свойствами. За основу взяли коммерчески доступные губки из полиуретана с пористостью около 95 процентов и покрыли их углеродным нанокомпозитом с наночастицами магнетита Fe3O4 и магнетита, допированного марганцем MnFe2O4.
Композит из графита с наночастицами синтезировали с помощью ультразвука: в предыдущих работах группы Дрэвида было показано, что таким образом можно интеркалировать наночастицы магнетита между графитовыми слоями. Чтобы нанести композит на пористую губку, кусочки губки сначала опускали в воду, а затем помещали в суспензию графита с наночастицами и снова обрабатывали ультразвуком в течение десяти минут.
После ультразвуковой обработки губки оставляли в суспензии еще на час, затем промывали водой и сушили при температуре 60 градусов Цельсия в течение часа. После такой обработки образуется стабильное покрытие нанокомпозита на поверхности губки. Структура композита была подтверждена методом дифракции электронов в выбранной области, а энергодисперсионная спектроскопия показала, что его частицы равномерно распределились по всей поверхности полиуретановой губки.
Графитовое покрытие делает губки гидрофобными и липофильными. Они плохо смачиваются водой и водными растворами (контактный угол около 120 градусов, незначительно меняется в зависимости от кислотности раствора), в то время, как для нефти было зафиксировано очень хорошее смачивание с почти нулевым контактным углом. Авторы отмечают, что при необходимости гидрофобность губок можно еще увеличить, добавив в пропитывающую суспензию больше графена.
Благодаря сочетанию гидрофобности и олеифильности при погружении в смесь воды с неполярной жидкостью, губка впитывает исключительно неполярную жидкость. Благодаря высокой пористости материал может абсорбировать массу жидкости, многократно превышающую собственную массу: например, около 18 граммов гексана и 26 граммов моторного масла на один грамм. Количество абсорбированной нефти определяется плотностью и вязкостью, например, в случае техасской нефти удалось собрать 19 граммов на грамм губки, а в случае тяжелой и вязкой азербайджанской — около 32 граммов. Губки эффективно поглощают нефть с поверхности щелочных и кислых растворов, а также растворов солей, что очень важно для сбора нефти с поверхности морей и соленых озер. Губки можно использовать много раз — после десяти циклов они сохраняли более 90 процентов от своей изначальной эффективности.
Вверху: иллюстрация гидрофобных и липофильных свойств материала; Внизу: эксперименты по сбору нефти с поверхности воды. для наглядности нефть подкрашена красным пигментом.
Nandwana et al. / Industrial & Engineering Chemistry Research, 2020
Ученые в США разработали умную губку, которая поможет дешево и быстро ликвидировать разливы нефти
Об этом говорится в опубликованной 27 мая 2020 г. статье в журнале Industrial Engineering and Chemical Research.
Разливы нефти крайне губительно сказываются на экосистемах.
Нефть, попавшая в море, убивает не только обитателей глубин, но и птиц, растения на побережье.
Ликвидация аварийных разливов нефти (ЛАРН) дорога и трудоемка.
Есть технологии механического сбора нефти, термические и другие.
В процессе ЛАРН, к примеру, используются химические диспергаторы для расщепления масла на очень маленькие капли, а также обезжиривание маслянистых веществ и поглощение их дорогостоящими, не пригодными для повторного использования сорбентами.
Нанокомпозитную суспензию ОМ (олеофобный гидрофобный магнит) можно использовать для нанесения покрытия на любую дешевую коммерчески доступную губку.
Нанесите тонкий слой суспензии на губку, выдавите излишки и дайте им высохнуть.
Губка быстро и легко превращается в умную губку (или «губку ОМ») с селективным отношением к нефти.
Ученые проверили губку ОМ со многими различными типами сырой нефти различной плотности и вязкости.
Губка ОМ стабильно впитывает до 30 раз больше своего веса в масле, оставляя воду позади.
Чтобы имитировать естественные волны, исследователи поместили губку ОМ на шейкер, погруженный в воду.
После выжимания губки в ней остается менее 1% впитанной нефти.
Губка ОМ показала эффективность в разнообразных и экстремальных водных условиях, которые имели разные уровни pH и солености.
Такие умные губки будут также отличным средством для восстановления окружающей среды путем избирательного удаления и рекуперации загрязняющих веществ, присутствующих в воде, почве и воздухе, таких как избыточные питательные вещества, тяжелые металлы и другие.
Наноструктурное покрытие может быть приспособлено для избирательной адсорбции (и последующей десорбции) этих загрязнителей.
О подобной технологии нефтепоглощающих губок еще в 2011 г. сообщали исследователи из Университета Райса.
Губки были сделаны из углеродных нанотрубок с наличием бора.
Они эластичные, сжимаемые, гибкие, легкие, не поглощают воду и поглощали нефть.
Когда губка помещается на поверхность воды, она плавает по поверхности, пока не наткнется на нефть.
Губки так же могли направляться магнитами, обеспечивая простой способ сбора губок после того, как они впитали масло.
Но проблема промышленного внедрения так и не решена.